由于南京雨花石种类繁多,它的成因和化学成分极为复杂。以玛瑙砾石为例,它来源于原生玛瑙。一般认为,原生玛瑙是由岩浆的残余热液形成的。这种热液充填在火山岩如玄武岩、流纹岩的空隙中,因空隙的形状不同,或成玛瑙球,或成玛瑙脉。经过自然力的作用,原生玛瑙脱落而出,再经过山洪冲击,流水搬运,磨成卵石。这就是我们所见到的在砾石层中 的雨花玛瑙石。
南京雨花石以其纹奇、色艳的自然美著称于世。它的圈状花纹是二氧化硅胶液围绕火山岩空隙、空腔,由内壁开始,从外向内多层次逐层沉淀而成。在其生长过程中,常常发生带色离子和化合物的周期扩散。原生玛瑙的主要化学成分是二氧化硅,其次是少量的氧化铁和微量的锰、铜、铝、镁等元素及化合物。它们本身具有不同的色素,如赤红者为铁,蓝者为铜,紫者为锰,黄色半透明为二氧化硅胶体石髓,翡翠色含绿色矿物等等;由于这些色素离子溶入二氧化硅热液中的种类和含量不同,因而呈现出浓淡、深浅变化万千的色彩,使雨花石及其艳丽秀美。